大庆油页岩热解特性及动力学研究_苗真勇

第34卷 第1期2011年1月

煤炭转化

COA L CON V ERSION

V ol.34 N o.1Jan.2011

*煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室开放基金资助项目(CPEU KF08-04).1)博士生、讲师;2)教授、博士生导师;3)硕士生,中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州收稿日期:2010-07-12;修回日期:2010-09-08

大庆油页岩热解特性及动力学研究

*

苗真勇1) 吴国光2) 孟献梁1) 李 萍3) 郑志磊3)

摘 要 采用热分析方法对大庆油页岩热解特性进行研究,考察了升温速率和热解终温对油页岩热解特性的影响.结果表明,温度是影响热解的最主要因素,随着温度的升高,挥发分产率增大;随着升温速率的增大,油页岩的热解特征温度和最大热解速率都明显提高.根据热失重曲线建立了大庆油页岩热解动力学模型,采用傅立叶红外光谱分析对油页岩及热解半焦官能团变化情况进行分析,发现油页岩的主要官能团与煤接近;随着热解终温的升高,半焦含氧官能团的吸收峰逐渐减弱.

关键词 油页岩,热解,升温速率,热解终温,动力学

中图分类号 T E662

0 引 言

石油是世界的重要能源,随着石油储量的减少

和价格的持续升高,许多国家开始寻求替代石油的能源.我国是一个缺油少气的国家,为了减少对进口石油的依赖,我国加快了替代能源的寻找步伐.[1]油页岩又称油母页岩,是一种固体可燃矿产,由矿物质和有机质组成,热解(干馏)可以得到碳氢比类似天然石油的页岩油,是一种比较理想的石油替代品.我国油页岩资源丰富,保守预测我国油页岩资源储量约为4000亿t,相当于160亿t 页岩油.油页岩属于非常规油气资源,以丰富的资源、有利的特性和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源.[2]油页岩的热解与油页岩的热加工技术有着密切的关系,是油页岩综合利用的初始阶段.油页岩热解特性的研究是油页岩开发利用的基础,对油页岩的后续利用和深加工有着重要指导.深入研究热解特性不仅对油页岩开发利用新技术有重要的意义,还对控制环境污染有重要意义.[3,4]本文从升温速率和热解终温这两个方面对油页岩热解特性进行研究,并利用傅立叶红外分析仪测定热解残余固体的官能团变化情况.

1 实验部分

1.1 试样制备及性质

实验所用的油页岩和半焦来自于大庆,按国家标准对样品进行取样、破碎和筛分,最终制成的样品粒径为0mm ~0.2mm.表1是油页岩的工业分析及元素分析.

表1 油页岩的工业分析和元素分析

T able 1 Pr ox imate and ult imate analysis o f oil shale

Prox imat e analysis/%*M a d A d V daf

FC da f

U ltimat e analysis/%*,ad C

H

N

S

Q net,ad /(kJ #kg -1)14.69

35.45

59.4640.54

41.47 3.290.490.54

14289

*P ercent of wei g ht.

1.2 设备及方法

热重实验采用NET ZSCH -STA 409C 热分析仪,反应气氛为高纯氮,气流量为100mL/m in;分析样量10m g(精确至0.01mg).

红外分析采用N ICOLET -Nenus470型傅立叶变换红外光谱仪.

2 结果与讨论

2.1 不同升温速率下的热解特性分析

为了研究升温速率对油页岩热解特性的影响,选取了三个不同的升温速率:20e /min,30e /min 和40e /min.

第71页图1给出了大庆油页岩在不同升温速率下的热失重(T G)和微商热失重(DT G)曲线.从T G 曲线可以明显看出,大庆油页岩的热解大致可以分为以下三个不同的阶段:室温~200e ,以干燥脱

水为主;200e ~600e ,以解聚和分解反应为主,会生成和排出大量挥发物(煤气和焦油),在420e 左右气体析出量最多;600e ~900e ,以缩聚反应为主,同时伴有矿物质的裂解.[5]

在不同升温速率下,TG 曲线具有相似的变化趋势,即失重率随温度的升高逐渐增大;DT G 曲线的形状变化比T G 曲线明显得多,说明升温速率对热解特征温度和热失重速率的影响远大于对总挥发分产率的影响

.

图1 不同升温速率下的T G/D T G 曲线Fig.1 T G /DT G curves at different heating r ate

1)))20e /min;2)))30e /min;3)))40e /min

由DT G 曲线可以看出,随着升温速率的增大,失重速率峰值增大,峰宽变宽,峰温向高温区移动.升温速率高时,析出一定量挥发分的温度范围也较宽.同时升温速率还影响到某一温度时刻的质量损失量.在相同的温度下,升温速率越低,热解越充分,挥发分析出越多,剩余质量越少,但对总质量损失量影响不大,却明显缩短了到达指定质量损失所需要的时间,因而提高了质量损失速度,完成整个热解的时间明显缩短了.从这里可以看出,在热解过程中影响热解总挥发分产率的主要因素是温度,而不是升温速率,这说明挥发分的形成在本质上是由于油页岩中弱键受热断裂的缘故,总挥发分产率主要是由油页岩本身的结构特征所决定的.在三种不同升温速率下,热解总挥发分产率的微小改变可能是因为在不同升温速率下发生二次反应的机会不同而致.加热速率越高,挥发分析出越快.终温相同时,随着加热速率的增加,最终挥发分产量有所减少.[6]

表2

是不同升温速率下油页岩热解的特征参数.

表2 不同升温速率下油页岩的热解特征参数T able 2 Char acter istic parameter s during py ro ly sis of

DQ oil shale at differ ent heating rates

Heating rate/(e #min -1)

T S /e (d w /d t )max /(%#min

-1

)T max /e T f /e D @108

/(%#min

-1

#e -3

)

Coke yield at

900e /%20338.9 3.01420.4501.911.83650.4330334.3 4.27424.1513.915.40654.0540

343.3

6.13

432.7

522.1

22.415

52.88

T S )))I n itial volatile matter evolution temperature;(d w /d t )ma x )))Rate of maximum volat ile matter evolution;T max )))Temperature of max imum volatile matter evolution;T f

)))Final volatile matter evolution temp erature;D =(d w /d t )max /(T max #T S #$T 1/2).

由表2可以看出,随着升温速率的增大,油页岩的初始热解温度、失重速率峰温和最大热解速率都增大.由于油页岩热解主要是吸热反应,油页岩的导热性较差,反应的进行和产物的析出需要一定时间,随着升温速率的增加,裂解时间缩短,部分结构来不及裂解,使得产物逸出向高温漂移,产生了滞后现象.热解产物释放特性指数D 不断增加,这说明随着升温速率的增加,油页岩在有机质热解段的热解产物释放更加集中,着火能力增强.

2.2 不同热解终温下挥发分产率及半焦红外分析在300e ~900e 之间选择8个温度作为热解终温,来研究不同终温下油页岩的热解挥发分产率.对不同终温下得到的半焦进行红外分析,研究热解过程中官能团的变化情况.油页岩在不同温度下热解的总挥发分产率见表3,随着温度的升高,挥发组分的产率逐渐提高.

表3 不同热解终温下油页岩热解挥发分产率(%)T able 3 Y ields of v olitale co mpo nents of oil shale at

different final temperatures(%)

T em perature/e

Yields of volitale/%

30010.1835013.5240019.1345026.2850032.0055035.6060037.80900

45.95

油页岩及其热解半焦的红外谱见图2.

图2 大庆油页岩及其热解半焦红外谱Fig.2 Infrar ed spectr agr ams of DQ oil shale

and its pyr olysis chars

对于油页岩原样,在3417cm -1~3430cm -1

处左右有较强的羟基吸收峰,谱峰位置由3300cm -1迁移到3415cm -1,应该是由于羟基被氢键化的原因;3030cm -1

处为芳香氢的吸收峰,油页岩芳香结构较小,该吸收峰很弱;2970cm -1~2800cm -1处的吸收峰主要是)CH 2和)CH 3的伸缩振

71

第1期 苗真勇等 大庆油页岩热解特性及动力学研究

动,2920cm -1

处是)CH 2的反对称伸缩,2860cm -1处是)CH 2的对称振动伸缩.2920cm -1和2860cm

-1

为脂肪烃和环烷烃基团上氢的吸收峰,

油页岩的该吸收峰较强,说明其分子结构中还有较多侧链;1700cm -1~1500cm -1处的吸收峰主要是C

C 双键的伸缩振动,页岩在1600cm -1~1620

cm -1

附近的芳环骨架振动在谱图中十分明显,对于

这一强吸收峰解释很多,可能是氢键化的羟基与芳香环C C 双键相重叠的结果,也可能是由于缩合芳环被CH 2所连接等原因.

对于不同终温下的半焦:归属于)OH ,)NH 和)NH 2伸缩振动的3400cm -1

谱带,随温度增高吸收强度减小,但未完全消失,在900e 仍然可以在半焦中检测到)OH 的存在.

归属于脂属C )H 伸缩振动的2950cm -1

和2860cm -1处的谱带,在300e ~600e 温度范围随温度的升高,吸收峰明显减弱,到600e 时,此吸收峰已完全消失,说明在300e ~600e 随热解温度的升高,页岩中小分子相物质分解逸出,)CH 2和)CH 3基团迅速减少,与此对应的是挥发分中的脂肪烃的释放也集中在此温度范围.

1700cm -1

的吸收频带归属于羧基伸缩振动,吸收强度随制焦温度增高而减小,至500e 吸收信号完全消失.一般认为羧基减弱与CO 2放出有关.1600cm -1处吸收峰随热解温度升高而减弱,有研究者认为,高温下1600cm -1谱带的减弱是由于高温时有机残渣的石墨化程度增加而导致这些峰消光系数的显著下降而引起的,并非是由于芳香碳的消耗而致.

1100cm -1

和1033cm -1

处为煤中灰分所引起的吸收峰,所以受热解温度影响不大.2.4 热解动力学参数的确定

固体的热分解通常采用n 级反应动力学模型,根据n 级反应动力学模型,建立油页岩热解的动力学方程,并求解动力学参数.

d A d T =A B

ex p [-E/R T]#(1-A )n (1)

求解动力学参数主要有积分法和微分法,最常用的是Coast -Redfern 积分法求近似解,如下所示.

当n =1时,

ln -ln(1-A )T 2

=ln

AR B E 1-2R T E

-

E

RT

(2)

当n X 1时,

ln 1-(1-A )1-n T 2

(1-n)=ln AR B E 1-2RT

E

- E RT

(3)

式中:T )))温度,K;B )))升温速率,K/m in;R )))气体常数,kJ/(mol #K);A )))指前因子,min -1

;E )))活化能,kJ/m ol;A )))转化百分数,%,可由T G 曲线求得.

A =

W 0-W

W 0-W f

(4)

式中:W 0和W f 分别为试样的初始重量与最终重

量,W 为时刻t 未反应的试样质量.

对一般的反应温区和大部分的E 值而言,E

RT

m 1,1-2R T E U 1.表4为不同升温速率下大庆油页岩热解的动力

学参数.

表4 不同升温速率下大庆油页岩热解的动力学参数T able 4 Py ro lysis kinetic parameter s o f DQ oil sha le

at differ ent heating rate

H eat i ng ra te/(K #m i n -1)

T emperature range/e n A c t ivat i o n energ y(E )/(kJ #m ol -1)Pre -ex po nential f actor(A )/min -1Co rrelat i o n co efficient

(R )20

338.9~420.4420.4~501.91322.0953.94 2.99E +003.61E +030.9953390.99995030

334.3~424.1424.1~513.91319.8861.02 3.00E +002.42E +040.9926230.99995040

343.3~432.7432.7~522.1

13

25.7260.98

1.20E +01

2.34E +04

0.9973970.999200

油页岩的热解反应分为三段,其中有机质分解段为热解的主要阶段[7],绝大部分挥发分在该阶段产生,因此本文主要研究该阶段的动力学参数.从表4可以看出,在同一升温速率下,高温段的活化能和指前因子明显高于低温段;在同一温度段,升温速率对活化能和指前因子的影响不大.随着温度的升高,油页岩转化率增加,活化能呈增大的趋势,说明油页岩热解反应的难度逐渐加大.反应进程中不同的转化率对应于不同的反应类型,反映了油母质结构的非均一性和不同类型化学键的断裂.这可能是在较低温度时,首先发生的是热稳定性差的侧链和活泼官能团的断裂,它们的热解反应容易进行,分解温度较低,起始活化能也较小;随着反应的进行,发生了油页岩中的芳核碳碳键的断裂和长链烷烃的分解等反应,这些化学键能级比低温区断裂的化学键能级高,导致活化能的增加.

[8]

72

煤 炭 转 化 2011年

3结论

1)大庆油页岩具有含碳量低、灰分高和发热值低的特性,属高灰分低热值燃料.通过傅立叶红外光谱分析,发现油页岩中含氧官能团和脂肪氢吸收峰较高,芳香氢吸收峰较低.

2)大庆油页岩热解过程主要分三个区间:室温~ 200e,以干燥脱水为主;200e~600e,以解聚和分解反应为主;600e~900e,以缩聚反应为主,同时伴有矿物质的裂解.升温速率的增大对T G曲线影响不大,只是使总挥发分产率略有变化;升温速率较小时,DTG曲线较为平坦,随着升温速率增大, DT G曲线的峰值增大,峰宽变宽;随着升温速率的增大,油页岩的热解特征温度均向高温区移动.

3)随着热解温度升高,半焦的红外吸收峰减弱.

4)升温速率对油页岩有机质分解段活化能的影响不明显.随着转化率增加,活化能呈增大趋势,说明油页岩热解反应的难度逐渐加大.

参考文献

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185-194.

STUDY ON PYROLYSIS CHARACTERISTICS AND KINETIC OF

DAQING OIL SHALE

Miao Zhenyong Wu Guoguang Meng Xianliang Li Ping and Zheng Zhilei (S chool of Chem ical Engineer ing and T echnology,China Univer sity of Mining

and T echnology;K ey L aborator y of Pr ocessing and Ef f icient

Utiliz ation,M inisty of Education of China,

221116X uz hou,J iangsu)

ABSTRAC T Pyroly sis characters of Daqing oil shale w as car ried out by T G analy sis,inclu-ding the rate of heating speed and final temperature.It is co ncluded that major factor o n pyro lysis is temper ature.With the increase of tem perature,the yield rate of v olatile m atter improves.And the pyroly sis char acter temper ature of o il shale and max ium py rolysis vo lecities w ere increased re-m ar kabley.A kinetic m odel w as built acco rding to the DT G cur ves.T he varieties o n functional group of oil shale and sem-i coke w ere analyzed by FT IR,w hich sug gested that the functional groups of oil shale w ere similar to coal.The absorbance of sim-i co ke functional gro ups w as de-crease gr adually w ith the incr ease of final temper atures.

KEY WORDS o il shale,py roly sis characters,sem-i coke,kinetic 73

第1期苗真勇等大庆油页岩热解特性及动力学研究

木质素

木质素编辑词条 B添加义项 ? 木质素（英语：Lignin）是一种广泛存在于植物体 中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍 生物结构单元的芳香性高聚物。植物的木质部（一 种负责运水和矿物质的构造）含有大量木质素，使 木质部维持极高的硬度以承拓整株植物的重量。 10 本词条正文缺少必要目录和内容, 欢迎各位编辑词条，额 外获取10个积分。 基本信息 ? 中文学名 ? 木质素 ? ? 别称 ? Lignin ? ? 界 ? 植物界 ? ? 门 ? 被子植物门 ? ?

纲 ? 双子叶植物纲 ? ? 分布区域 ? 许多 ? 目录 1基本简介 2主要特性3单体结构 4相关应用 5其他资料

基本简介折叠编辑本段 木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。木质素主要位于纤维素纤维之间，起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物(纤维素是第一位)。 复纳新材料木质素 复纳新材料木质素主要特性折叠编辑本段 日本的八浜羲和曾对木质素下过这样的定义：木质素是在酸作用下难以水解的相对分子质量较高的物质，主要存在于木质化植物的细胞中，强化植物组织。其化学结构是苯丙烷类结构单元组成的复杂化合物，共有三种基本结构(非缩合型结构)，即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构，分子结构式如图所示， 木质素单体的分子结构折叠

同时含有多种活性官能团，如羟基、羰基、羧基、甲基及侧链结构。其中羟基在木质素中存在较多，以醇羟基和酚羟基两种形式存在，而酚羟基的多少又直接影响到木质素的物理和化学性质，如能反映出木质素的醚化和缩合程度，同时也能衡量木质素的溶解性能和反应能力；在木质素的侧链上，有对羟基安息香酸、香草酸、紫丁香酸、对羟基肉桂酸、阿魏酸等酯型结构存在，这些酯型结构存在于侧链的α位或γ位。在侧链α位除了酯型结构外，还有醚型连接，或作为联苯型结构的碳-碳联结。同酚羟基一样，木质素的侧链结构也直接关系到它的化学反应性。 对羟苯基结构愈创木基结构紫丁香基 结构折叠 由于木质素的分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、碳基共扼双键等活性基团，因此可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解甲氧基、梭基、光解、酞化、磺化、烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等许多化学反应。其中，又以氧化、酞化、磺化、缩聚和接枝共聚等反应性能在研究木质素的应用中显示着尤为重要的作用，同时也是扩大其应用的重要途径。在此过程中，磺化反应又是木质素应用的基础和前提，到目前为止，木质素的应用大都以木质素磺酸盐的形式加以利用。在亚硫酸盐法生产纸浆的工艺中，正是由于亚硫酸盐溶液与木粉中的原本木质素发生了磺化反应，引进了磺酸基，增加了亲水性，而后这种木质素磺酸盐在酸性蒸煮液中进一步发生水解反应，使与木质素结合着的半纤维素发生解聚，从而使木质素磺酸盐溶出，实现

温度对油页岩快速热解特性的影响

第３３卷第１期２０１０年１月 煤炭转化 Ｃ（）ＡＩ。ＣｏＮＶＥＲＳｌ０Ｎ Ｖ０１．３３Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１０ 温度对油页岩快速热解特性的影响。 王军”梁杰２’王泽３’林伟刚４’宋文立４’ 摘要采用喷动载流床快速热解装置，研究桦甸大城子４层油页岩的低温快速热解特性．采用改变气速的方法使不同热解温度下气体的停留时间一致，探讨不同热解温度对油页岩热解的气、液、固三相产物的产率、组成以及三者之间相互关系的影响，确定了在以获得液体燃料为主要目的时，５３０℃为桦甸大城子４层油页岩低温快速热解的最适宜温度． 关键词油页岩，低温，快速热解，喷动栽流床 中图分类号ＴＥ６６２ ０引言 近年来，随着全球石油需求不断上升，国际油价持续走高，世界各国都在积极寻找石油替代资源．采用干馏技术进行油页岩热解提取页岩油替代石油资源已成为重要备选方案．由细粒矿物和低等微生物及植物的残体腐解有机质同时沉积形成的油页岩是可燃性矿产之一．［１喝１世界范围内油页岩的储量十分巨大，在我国的储量也非常丰富，开发价值巨大．油页岩中一般含天然石油３．５％～１５％，个别高达２０％以上；其发热量（４２００ｋＪ／ｋｇ～１６８００ｋＪ／ｋｇ）一般只为煤发热量的１／５～１／２．同时，由于油页岩具有比较高的挥发分产率，一般可以从中提取较高的气体和液体产品．若采用低温快速热解和快速冷凝的拔头工艺，油品收率还可提高，质量也会有所改善．［４－７］本文以桦甸大城子４层油页岩为研究对象，采用喷动载流床小型实验装置对油页岩进行了低温快速热解实验，并着重研究干馏温度对于油页岩快速热解特性的影响． １实验部分发分的迅速逸出，有效地减少了挥发分产物的二次裂解，固体半焦的收集也比较方便．而与一般的载流床相比，其传热效率较高，适应性广，热解产物容易收集，实验重现性较好．该反应装置由给料系统、热解反应器、控温系统、气一固分离系统、热解蒸汽冷凝器和气体测试系统等组成．首先，将反应器加热至预设温度，然后向炉体中加入预先９００℃下灼烧过的热载体石英砂，并通人流化气使砂子处于流化状态，待炉体稳定后，开始由载气携带油页岩颗粒进入反应器热解．挥发分以及固体半焦产物由载气携带至反应管热解后进入气一固分离器，将固体半焦分离出来，气体则依次经过多级冷却装置将液体分离出来，不凝气经湿式流量计测定后放空．实验装置见图１． ．Ｓａｎｄ 图１实验装置 Ｆｉｇ．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｐｐａｒａｔｕｓ １．１实验装置 １?２实验原料 实验采用喷动载流床反应器．该反应器相对于一般的流化床而言，气体返混小，颗粒在反应器中的停留时间短，这就保证了油页岩的快速热解以及挥 本文研究对象为桦甸大城子４层油页岩，粒度范围为６０目＂８０目；热载体为石英砂，粒度范围为４０目～５５目．油页岩原样及各温度下热解半焦的元 ＊国家高技术研究发展计划（８６３）项目（２００７ＡＡ０５２３３３１）． １）硕士生；２）教授、博士生导师。中国矿业大学化学与环境工程学院，１０００８３北宗１３）助理研究员１４）研究员、博士生导师，中国科学院过程研究所多相复杂系统国家重点实验室，１００１９０北京 收搞日期：２００９－０９—１４，修回日期：２００９—１１－１０ 万方数据

木质素的性质及应用

木质素的性质及应用 张XX （北京联合大学生物化学工程学院，北京，100023） 摘要 随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深刻,天然高分子所具有的可再生、可降解等性质日益受到重视。在自然界中,木质素的储量仅次于纤维素,而且每年都以500亿吨的速度再生。增强其制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约14亿吨纤维素,同时得到5000万吨左右的木质素副产品,截止到2002年时,超过95%的木质素仍直接排入江河或浓缩后烧掉,绝少得到高效利用[1]。被用于化工高分子材料却仅占 1%。所以对于木质素的研究、开发及应用等具有十分重要的意义。本文简单介绍木质素的结构、性质。主要介绍其在发泡塑料方面的应用。 关键词：木质素；树脂；改性；发泡； 木质素的结构 木质素，是聚酚类的三维网状高分子化合物，其基本结构单元为苯丙烷结构，共有三种基本结构（非缩合型结构），即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟基苯基结构。木质素是由松柏醇基、紫丁香基和香豆基三种单体以 C－C 键、醚键等形式连接而成的具有三维空间结构的天然高分子物质。[2] 木质素的化学性质 木质素的分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、共轭双键等活性基团，可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解、光解、酰化、磺化、烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等许多化学反应，从而奠定了木质素在多方面应用的基础。特别是在高分子材料方面，以木质素为原料可以合成酚醛树脂，既可以用作酚与甲醛反应，也可用作醛与苯酚反应[3]；利用木质素所含的醇羟基，可与异氰酸酯类进行缩合反应，制得木质素聚氨酯；木质素与烯类单体在催化剂作用下能发生接枝共聚反应，如丙烯酰胺、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈等。 木质素的应用 脲醛树脂 木质素作为一种洁净资源，可制备合成树脂和胶黏剂、补强剂、油田化学品和各种助剂，在轻工业及农业中有广泛的应用。 脲醛树脂是目前市场上多用作粘合剂,作为塑料使用的很少,而且都是闭孔泡沫塑料,但脲醛树脂泡沫塑料由于其硬而脆的缺点,在应用上受到了限制。 采用加入木质素磺酸钠改性脲醛树脂,以降低游离甲醛含量及充分利用木质素资源;同时加入三聚氰胺和聚乙烯醇,以改变树脂的柔韧性。通过碳酸氢铵发泡法发泡制得开孔改性脲醛树脂泡沫塑料。实验结果表明:改性后游离甲醛含量明显降低,韧性有了较大的提高。[4]

金属氧化物对油页岩热解产物收率及组成分布的影响

CIESC Journal, 2017, 68(10): 3884-3891 ·3884· 化工学报 2017年 第68卷 第10期 | https://www.wendangku.net/doc/158210189.html, DOI ：10.11949/j.issn.0438-1157.20170128 金属氧化物对油页岩热解产物收率及组成分布的影响 王泽1,2，史婉君1，宋文立1,2，李松庚1,2 （1中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京 100190；2中国科学院大学中丹学院，北京 100190） 摘要：通过固定床反应器，对4种金属氧化物（Al 2O 3、MgO 、CaO 、Fe 2O 3）对油页岩热解所得油、气产率及成 分的影响进行了研究。结果显示，碱性CaO 对油、水、气、焦产率分布影响较为突出，可提高页岩油与半焦产率，并降低热解气产率；而酸性较强的Al 2O 3可同时提高页岩油、热解气和热解水的产率，有利于促进挥发分的析出；比较而言，MgO 和Fe 2O 3的作用相对较弱。4种金属氧化物均可提高热解气中H 2、CH 4和C 2的产率；CaO 作用 下CO 2含量降低，而其他金属氧化物对CO 2的产生有不同程度的促进作用；Fe 2O 3可促进H 2产生；Al 2O 3作用下 CH 4含量有所增加。4种金属氧化物均可促进页岩油中芳香烃的产生，并且CaO 和MgO 两种碱土金属氧化物作 用下，短链（C 6～C 12）烷烃和烯烃含量均增加，而掺混Al 2O 3时页岩油中仅短链（C 6～C 12）烷烃含量增加。对此 机理进行推测认为，碱性CaO 和MgO 首先与以脂肪酸形式存在的有机质进行酸碱反应，得到脱羧活性更高的羧 酸盐，后者脱羧所得中间产物具有生成烷烃或烯烃两条可能路径，同时得到碳酸盐；而在具有Lewis 酸特征的Al 2O 3 作用下，脱羧产物为CO 2，并同时得到饱和烃产物。 关键词：油页岩；页岩灰；热解；金属氧化物；催化 中图分类号：TE 662 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2017）10—3884—08 Effects of metal oxides on yields and compositions of products from pyrolysis of oil shale WANG Ze 1,2, SHI Wanjun 1, SONG Wenli 1,2, LI Songgeng 1,2 (1State Key Laboratory of Multi -Phase Complex Systems , Institute of Process Engineering , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100190, China ; 2Sino -Danish College , University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100190, China ) Abstract : In the solid-solid mixing pyrolytic process, the ash or bed material may influence the pyrolytic behaviors of the oil shale. Thus, pyrolysis of oil shale mixed with four metal oxides Al 2O 3, MgO, CaO and Fe 2O 3 were investigated. The results showed that CaO had a strong influence to the yields of products, and particularly promotes the formations of shale oil and char, while decreases the yield of gas product. On the contrary, Al 2O 3 in acidic property can most distinctly promote the devolatilization of oil shale with an augmented yields of shale oil, water and gas products. Comparatively, the effects of MgO and Fe 2O 3 to product yields were much weaker. All of the four metal oxides can promote the formation of H 2, CH 4 and C 2 hydrocarbons. The content of CO 2 decreased extremely for CaO, while all other metal oxides played promoting role to the formation of CO 2. H 2 and CH 4 can be most distinctly increased for Fe 2O 3 and Al 2O 3 , respectively. The content of aromatics in shale oil can be augmented by all of the four metal oxides and the effect of Fe 2O 3 was most significant. For the components of chain hydrocarbons, the short-chain (C 6—C 12) alkanes and alkenes were promoted for both of CaO and MgO, 2017-02-07收到初稿，2017-03-04收到修改稿。 联系人：李松庚。第一作者：王泽（1974—），男，博士，副研究员。 基金项目：国家重点基础研究发展计划项目（2014CB744304）；国 家自然科学基金面上项目（51476180）。 Received date: 2017-02-07. Corresponding author: LI Songgeng, sgli@https://www.wendangku.net/doc/158210189.html, Foundation item: supported by the National Basic Research Program of China (2014CB744304) and the National Natural Science Foundation of China (51476180). 万方数据

张力减径机的动力学和运动学的分析详细版

文件编号：GD/FS-1093 （解决方案范本系列） 张力减径机的动力学和运动学的分析详细版 A Specific Measure To Solve A Certain Problem, The Process Includes Determining The Problem Object And Influence Scope, Analyzing The Problem, Cost Planning, And Finally Implementing. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________

张力减径机的动力学和运动学的分 析详细版 提示语：本解决方案文件适合使用于对某一问题，或行业提出的一个解决问题的具体措施，过程包含确定问题对象和影响范围，分析问题，提出解决问题的办法和建议，成本规划和可行性分析，最后执行。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 文章主要对三辊式张力减径机进行分析，主要分析张力减径机的动力学和运动学原理，通过对张力减径机的速度分析、转速分析和速度控制来分析张力减径机运动学特征，通过对张力减径机受力分析、轧制压力和轧制力矩进行分析张力减径机的动力学特征分析。 张力减径机是现代化的生产机组，其作用和优越性使其在大规模无缝钢管生产中不可缺少。随着我国钢管工业的发展张力减径机组正被广泛运用。对三辊式张力减径机进行分析，该机组是90年代研制的，具有许多独特的优点。以下分析张力减径机的运动学

和动力学原理。 1.张力减径机的运动学特征 1.1.运动学特征 在张力减径的过程中，要求各个机架的延伸系数和轧辊圆周协调一致，同时决定连轧机工作的基本条件要求通过每个机架的金属的秒流量相等。 在所有的机架都充满金属而C不等于0的情况下，对于每对轧辊在任意瞬间都遵守秒流量、相等的原则，这种相等可通过轧辊和金属之间的滑移达到。因此当C不等于0时，减径机任何一个机架中的变形条件发生变化，都会影响其余机架中的变形条件，但由于连轧过程本身存在着相适应，自相调整的过程，因此即使在这种相互作用的复杂关系中减径过程仍然能够在任一瞬间保持秒流量相等。但是当差别较大时，必然会造成严重的拉钢和推钢，轻者不能获得

GC-MS在木质素结构分析中的应用

GC-MS在木质素结构分析中的应用 人类利用纤维素历史悠久，然而木质素至今却未得到广泛应用。木质素是天然最丰富的芳香高聚物，它和纤维素、半纤维素一起以木素－碳水化合物复合体的形式存在于植物的细胞壁中，形成具有立体网状结构的巨大分子。一般情况，木素都被视为废弃物，它的利用相当有限，据估计，大部分来源于制浆废液中的木质素都被排放掉，仅有1%～2%用作制造其他特殊产品［1］。如今，木素由于其特殊的芳香酚型结构，正逐渐被人们所认识，并作为化学工业的基础原料加以开发和利用。随着资源短缺和能源危机的加剧，资源危机和环境污染已成为人类社会面临的两大挑战，对木素开发并加以利用不仅节约了大量资源，而且减少了环境污染，因此，具有重要的经济意义和社会意义［2］。要想对木素加以开发并利用，对木素的结构分析及研究必不可少。 1 木质素的结构 木素的结构一般认为木素的结构是由醚键连接的甲氧化的苯酚环构成的，用放射性碳元素标记进行的大量研究证实木素有3种苯丙烯醇结构：对羟基苯丙烯醇，也叫对香豆醇；松柏醇；芥子醇。它们是所有木质素的基本前体和构造单元。下图是木素的3种基本结构单元： 1.1 木素的分类 研究木素的结构，往往需要将木素从其他的木质成分中分离出来，在该分离过程中尽量不破坏其本身的结构，这在木素化学上仍是一个主要问题。事实上，木质素的特性主要来自于分子结构和它在细胞壁中的定位，因此，对木素的分离不改变构成而完全保存结构特点，是不可能实现的。用于分析的木素按照分离方

法的不同，可大致分为两大类：一类是使木质素以外的成分进行降解；另一种是选用与木素不起反应的溶剂。 1.1.1使木质素以外的成分进行降解 使木质素以外的成分进行降解是除去聚糖（纤维素和半纤维素），木质素作为不溶物质沉淀下来，如硫酸木素和盐酸木素，该方法分离的木素其结构已发生变化。 1.1.2选用与木素不起反应的溶剂 选用与木素不起反应的溶剂，将木材中的木素抽提出来或将木素转变成可溶性的衍生物，再用适当溶剂抽提，从而使木质素与纤维素分离，得到木质素，如布劳恩木素、纤维素分解酶木素、贝克曼木素、二氧六环木素等，该方法往往不能得到木素量的全部。 2木素的分析方法 近几十年来，各种分析技术已被用于木素结构研究中，目前所获得的所有关于木素结构的信息都来源于对木素降解产物或是直接对分离出的木素本身进行的各种分析方法的研究。目前，用于木素结构分析的分析方法主要有紫外光谱、红外光谱、高效液相色谱、质谱、核磁共振技术等，而且更新的分析技术也将进一步应用于木素的结构分析中。 2.1质谱 质谱分析是现代物理、化学以及材料领域内使用的一个极为重要的工具，已有80年历史。早期的质谱仪器主要用于测定原子质量、同位素的相对丰度以及研究电子碰撞过程等物理领域。质谱分析方法是通过对样品离子的质量和强度的测定来进行成分和结构分析的一种方法。质谱基本原理：被分析的样品首先离子化，然后利用离子在电场或磁场中的运动性质，将离子按质荷比（m/e）分开并按质荷比大小排列成谱图形式，所以根据质谱图即可确定样品成分、结构和相对分子质量。应用热裂解—质谱或热裂解－气相色谱－质谱，可分别获得不同高分子结构特征的热裂产物，从而进一步揭示聚合物的链节以及序列分布。质谱对木素降解产物的鉴定起着重要作用。根据木质素的对羟基苯丙烷基单元（H）、愈创木基苯丙烷单元（G）和紫丁香基苯丙烷单元（S）的比率的不同［3－5］，可通过热解－气相色谱－质谱分析技术对木质素样品进行分析确定。对木素的热解的降

辽宁抚顺大尺度油页岩热解特性的研究

辽宁抚顺大尺度油页岩热解特性的研究 摘要：通过研究油页岩热解过程和性质，对比不同尺度下其热解性质的变化。 研究表明，油页岩热解可分为三个阶段：常温至300℃为第一阶段，300℃~550℃为第二阶段，550℃~700℃为第三阶段。其中第二阶段为热解主要阶段,该阶段可 分为三个小阶段：第1阶段在300℃~400℃，油母开始热解；第2阶段在 400℃~500℃，热解进行；第3阶段在500℃~550℃，矿物质发生脱水或分解。并且尺度的增大主要影响热解过程中第一、第二阶段，会导致其失重率以及失重速 率的降低，造成产生的油气减少甚至热解不完全现象。 关键词：油页岩；大尺度；热解特性；热重分析；尺度分析 引言 人类社会的发展依赖于能源的供给，而如今煤、石油等不可再生资源在人类的大量开采 和消耗下已显得难以为继。油页岩作为化石燃料，其储量折算为发热量仅此于煤，位居第二，对其燃烧热解是高效经济利用的途径之一[[[] 闫澈,姜秀民.中国油页岩的能源利用研究[J].中国 能源,2000,(9):22-26.]][[[] 于廷云,孙桂大,张连江,刘姝.抚顺油页岩灰分的检测与利用的可能性[J].抚顺石油学院学报，1994，33（1）：12-14.]]。因此，油页岩吸引了国内外大量研究者的目光。 油页岩是一种高灰分的腐泥煤，其干馏炼油工艺技术分为地上干馏技术和地下原位干馏 技术[[[] 孙纯国,陈丽.国内油页岩开采工艺模拟研究进展[J].化工设计通讯,2018,44(1):56.]]。地 上干馏技术由于需要将油页岩开采至地面再进行加工和炼制，具有生产成本高、干馏工艺技 术和设备不完善、环境污染大的缺点。而地下原位干馏技术则不需要将油页岩开采至地面， 直接在地下进行加热干馏[[[] 方朝合,郑德温,刘德勋,王义凤,薛华庆.油页岩原位开采技术发展 方向及趋势[J].能源技术与管理,2009,02:78-80.]]，然后再用相关装置将生成的页岩油和热解气 通至地面[[[] 刘德勋,王红岩,郑德温,方朝合,葛稚新.世界油页岩原位开采技术进展[J].天然气工业,2009,29(5):128-132.]]。因此不需要井工开采，且页岩渣可留在地下，具有节约成本的优点[[[] 陈家伟，陈家全. 油页岩干馏工艺技术进展[J]. 广州化工, 2016, 44(10): 38-41.]]。但同时由 于在地下无法对油页岩进行加工破碎，只能对块体较大的油页岩进行热解，因此本文采用辽 宁省抚顺市油页岩[[[] 韩放,李焕忠,李念源.抚顺油页岩开发利用条件分析[J].吉林大学学报（地球科学版）,2006,36(6):915-922.]]，通过对不同大尺度油页岩热解对其热重规律进行研究。 1.实验部分 1.1实验样品准备 油页岩：产自辽宁抚顺，用切割机将油页岩样品切割成10×10×10mm3，30×30×30mm3、50×50×50mm3、80×80×80mm3的立方体若干。 1.2实验仪器 油页岩热解装置：主要包括电阻丝加热炉、热重仪、页岩油冷凝装置等部分。电阻丝加 热炉尺寸：外壳尺寸长80cm，宽60cm，高100cm。内炉尺寸长50cm，宽30cm，高60cm。 气相色谱与质谱仪（GCMS-QP2010）、循环水式多用真空泵、旋转蒸发器、过程气体分 析仪。 1.3实验方法 首先分别对10×10×10mm3、30×30×30mm3、50×50×50mm3、80×80×80mm3的油页岩进 行称重，记录数据。用二氯甲烷和甲醇以3：1的比例配置溶液400m1，用于页岩油的收集。利用电阻丝加热炉在氮气氛围中分别对各个尺度的油页岩进行热解，采用10℃/min的升温速率进行加热，每损失0.1kg样品质量记录一次时间，直至质量恒定不变。在炉内温度到达100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃时收集气体。炉内温度到达700℃之后调整电流以保持温度恒定，每隔30min收集一次气体，共4次，之后再每隔60min收集一次 气体，共4次。 利用过程气体分析仪测收集气体的组分，同时根据油页岩热解失重规律进行分析。利用

运动学、静力学、动力学概念

运动学、静力学、动力学概念 运动学运动学是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响。至于物体的运动和力的关系，则是动力学的研究课题。 用几何方法描述物体的运动必须确定一个参照系，因此，单纯从运动学的观点看，对任何运动的描述都是相对的。这里，运动的相对性是指经典力学范畴内的，即在不同的参照系中时间和空间的量度相同，和参照系的运动无关。不过当物体的速度接近光速时，时间和空间的量度就同参照系有关了。这里的“运动”指机械运动，即物体位置的改变；所谓“从几何的角度”是指不涉及物体本身的物理性质（如质量等）和加在物体上的力。 运动学主要研究点和刚体的运动规律。点是指没有大小和质量、在空间占据一定位置的几何点。刚体是没有质量、不变形、但有一定形状、占据空间一定位置的形体。运动学包括点的运动学和刚体运动学两部分。掌握了这两类运动，才可能进一步研究变形体（弹性体、流体等）的运动。 在变形体研究中，须把物体中微团的刚性位移和应变分开。点的运动学研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征，这些都随所选的参考系不同而异；而刚体运动学还要研究刚体本身的转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的运动特征。刚体运动按运动的特性又可分为：刚体的平动、刚体定轴转动、刚体平面运动、刚体定点转动和刚体一般运动。 运动学为动力学、机械原理（机械学）提供理论基础，也包含有自然科学和工程技术很多学科所必需的基本知识。 运动学的发展历史 运动学在发展的初期，从属于动力学，随着动力学而发展。古代，人们通过对地面物体和天体运动的观察，逐渐形成了物体在空间中位置的变化和时间的概念。中国战国时期在《墨经》中已有关于运动和时间先后的描述。亚里士多德在《物理学》中讨论了落体运动和圆运动，已有了速度的概念。 伽利略发现了等加速直线运动中，距离与时间二次方成正比的规律，建立了加速度的概念。在对弹射体运动的研究中，他得出抛物线轨迹，并建立了运动（或速度）合成的平行四边形法则，伽利略为点的运动学奠定了基础。在此基础上，惠更斯在对摆的运动和牛顿在对天体运动的研究中，各自独立地提出了离心力的概念，从而发现了向心加速度与速度的二次方成正比、同半径成反比的规律。

木质素

木质素的应用研究进展 林化10-3班边少杰100524326 摘要：木质素与纤维素和半纤维素是构成植物骨架的主要成分，木质素是自然界中含量第二的天然高分子化合物，其含量仅次于纤维素。它是制浆造纸工业的主要副产物，也是木材水解工业中不可缺少的副产物，是重要的可再生资源之一。研究和发展应用木质素技术是化工领域和生物质应重视的热点和难点问题。木质素的利用面广，主要分为木质素的高分子利用和木质素的降解利用。本文主要阐述了木质素的高分子应用主要包括木质素在吸附剂，表面活性剂，水处理剂，粘合剂，橡胶复合材料，替代柴油及木质素在农业生产中的应用。木质素的降解利用主要体现在生产香草醛上。通过对木质素应用领域的研究，可以看出木质素的的应用面广泛，市场潜力巨大。同时，我们也发现在其生产中面临的问题。如何利用木质素，提高生产技术，增加产品产量，提高产品性能，减少化学污染使我们面临木质素研究主要面临的问题。相信在时代步伐的指引下，我们必将逐个击破这些问题，为更好，更广泛的应用木质素做出努力。 关键字：木质素背景高分子利用降解利用面临问题

目录 1.序言 (3) 2.概述 (3) 2.1 木质素的结构与特性 (3) 2.2 木质素的分类 (4) 3.木质素的综合利用 (4) 3.1 木质素的高分子利用 (4) 3.11 木质素在表面活性剂、活性炭的研究 (4) 3.12 在树脂粘合剂合成中的应用 (5) 3.13木质素在橡胶复合材料中的应用 (5) 3.14 木质素作水处理剂的应用 (6) 3.15 木质素替代柴油技术 (6) 3.16 木质素在农业生产中的应用 (6) 3.2 木质素的降解利用 (7) 3.21 木质素制备香草醛的研究 (7) 4. 结语 (7) 参考文献: (8)

运动学、动力学知识要点

《直线运动》知识要点 一、基本概念：时间、位移、速度、加速度 位移x ?——路程l 速度v ——平均速度与瞬时速度，速度与速率 加速度a ——t v a ??=??，物理意义 二、基本模型 质点 匀速直线运动 匀变速直线运动（自由落体运动、竖直抛体运动） 三、基本规律（模型草图） 1．匀速直线运动：vt x = 2．匀变速直线运动： at v v ±=0，202 1at t v x ±=，ax v v 2202±=-，220 t v v v v =+=，2aT x =? 3．t v -图象、t x -图象（点、线、面积、斜率、截距） 四、基本方法（过程草图） 比例法——相等时间、相等位移 逆向运动法——末速度为零的匀减速运动，其它 对称法——往返运动（竖直上抛运动） 平均速度法 逐差法 图象法 五、基本实验 打点计时器 纸带法测物体运动的时间、位移、速度（平均速度法）、加速度（图象法、逐差法） 六、难点题型 1．刹车问题——刹车时间 2．追击、相遇问题（草图、图象） （1）相遇问题——同一时刻、同一地点 （2）追击问题——关键：速度相等； 分析：速度相等前后； 结果：相距最近、最远，或能否追上。 *3．相对运动：相对参考系绝对v v v ???+= 七、易错点汇集 1．纸带处理：2naT x x m n m =-+，21234569)()(T x x x x x x a ++-++= 2．矢量性：减速运动或往返运动中，加速度为负值（一般规定出速度方向为正方向） 3．图象问题：用图象解决追击相遇问题 4．答题技巧：抓关键词，统一单位，字母区别 画过程草图，灵活选取公式——平均速度法

吉木萨尔油页岩热解动力学的实验研究

?武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室项目(FMRU201502) 收稿日期:2018-06-12 潘一妮(1980-一),博士;430074湖北省武汉市三吉木萨尔油页岩热解动力学的实验研究?潘一妮一吕一伟一戴方钦 (武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室) 摘一要一在升温速率为30?/min 时对吉木萨尔油页岩进行热重实验研究,根据实验所得TG /DTG 曲线特点,采用高斯多峰拟合法将油页岩热解过程分解为五个阶段,每个阶段代表油页岩热解过程的不同特征反应三采用峰值分析法对不同特征反应建模并求解动力学参数(活化能E 二指前因子A 及反应级数n ),不同特征反应对油页岩热解过程转化率贡献不同,其权重即为峰值分析中子峰曲线下方面积,采用加权叠加的方法对油页岩热解过程进行模拟,得到了油页岩热解过程动力学模型三结果表明:模拟结果与实验曲线吻合良好三 关键词一油页岩一热解一高斯多峰拟合一峰值分析法Pyrolysis kinetic model of Jimsar oil shale Pan Ni一Lv Wei一Dai Fangqin (The State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy,Wuhan University of Science and Technology) Abstract 一Gravimetric experiments of Jimsar oil shale with a heating rate of 30?/min were conduc-ted.According to the experimental results of TG /DTG curve and the theory of Gauss multi -peaks fit-ting method,oil shale pyrolysis process was divided into 5stages,each stage represents different re-sponse characteristics of oil shale pyrolysis process.The peak analysis method was used to determine the kinetic parameters (activation energy E ,the pre -exponential factor A and the reaction order n )for each stage.The weight of each stage is different,which is represented by the area of the sub -peak,the oil shale pyrolysis process was simulated by using the method of weighted superposition,and the oil shale pyrolysis kinetic model was obtained finally.It is show that the simulation results and ex-perimental results are in good agreement.Keywords 一oil shale一pyrolysis一gauss multi -peak fitting一peak analysis method 一一油页岩是一种高灰分的固体可燃有机岩石[1],由于储量高二商业潜力大越来越受到重视[2],作为石油的替代品,经过转换后还可以用于其他化工产品[3,4]三近年来,热分析技术有了长足发展,越来越多的学者采用热分析技术来 研究油页岩热解动力学三王擎[5]二K?k [6]等采用 非等温升温速率下热重实验对油页岩的燃烧过程 进行研究,得到了油页岩的燃烧特性和动力学参数三Liu Q.Q.[7]二Pan L.W.[8]二K?k [9]等采用非等温升温速率下热重实验对油页岩热解过程进行了研究,同样,得到了油页岩热解特性和动力学参数三此外,也有学者采用计算机模拟方法对油页岩热解过程也进行了研究[10-13]三应用较多的热分析方法有微分法和积分法,文章采用高斯多峰拟合方法三李睿[14]等采用该方法计算了四种生物质燃料的热解过程;王擎[15]等采用该方法求取了油页岩燃烧过程的动力学参数;马伟[15]等采用该方法计算了酚醛树脂的热解5 1Vol.37一No.6Nov.2018一一一一一一冶一金一能一源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY 万方数据

仿人机器人运动学和动力学分析

国防科学技术大学 硕士学位论文 仿人机器人运动学和动力学分析 姓名：王建文 申请学位级别：硕士 专业：模式识别与智能系统 指导教师：马宏绪 20031101

能力；目前，ＡＳＩＭＯ代表着仿人机器人研究的最高水平，见图卜２。２０００年，索尼公司也推出了自己研制的仿人机器人ＳＤＲ一３Ｘ，２００２年又研制出了ＳＤＲ一４Ｘ，见图卜３。日本东京大学也一直在进行仿人机器人的研究，与Ｋａｗａｄａ工学院合作相继研制成功了Ｈ５、Ｈ６和Ｈ７仿人机器人，其中Ｈ６机器人高１．３７米，体重５５公斤，具有３５个自由度，目前正在开发名为Ｉｓａｍｕ的新一代仿人机器人，其身高１．５米，体重５５公斤，具有３２个自由度。日本科学技术振兴机构也在从事ＰＩＮＯ机器人的研究，ＰＩＮＯ高０．７５米，采用２９个电机驱动，见图卜４。日本Ｗａｓｅｄａ大学一直在从事仿人机器人研究计划，研制的ｗＬ系列仿人机器人和ＷＥＮＤＹ机器人在机器人界有很大的影响，至今已投入１００多万美元，仍在研究之中。Ｔｏｈｏｋｕ大学研制的Ｓａｉｋａ３机器人高１．２７米，重４７公斤，具有３０个自由度。美国的ＭＩＴ和剑桥马萨诸塞技术学院等单位也一直在从事仿人机器人研究。德国、英国和韩国等也有很多单位在进行类似的研究。 图卜１Ｐ２机器人图卜２ＡＳＩＭＯ机器人图１．３ＳＤＲ－４Ｘ机器人图１－４ＰＩＮＯ机器人 图卜５第一代机器人图ｌ－６第二代机器人图１．７第三代机器人图１—８第四代机器人 在国家“８６３”高技术计划和自然科学基金的资助下，国内也开展了仿人机器人的研究工作。目前，国内主要有国防科技大学、哈尔滨工业大学和北京理工大学等单位从事仿人机器人的研究。国防科技大学机器人实验室研制机器人已有１０余年的历史，该实验室在这期间分四阶段推出了四代机器人，其中，２０００年底推出的仿人机器入一“先行者”一是国内第一台仿人机器人。２００３年６月，又成功研制了一台具有新型机械结构和运动特性的仿人机器人，这台机器人身高１．５５米，体重６３．５公斤，共有３６个自由度，脚踝有力 第２页

木材热解特性和动力学研究

)&%%#8$&8$% 基金项目)国家自然科学基金项目"4%$’I%9I(*"&77’I%#7(!国家杰出青年科学基金项目"4%%&4I$@(!国家重点基础研究专项经费资助项目"&%%$/L9%7I%%( &U V W X Y Z V X[Z X\[]^X Z_[‘a‘b c!d C D B C=e&%%9!f

的表观失重看成是由这两个成分的热解反应分别在较低和较高的两个温度区间内所控制! 本文选取了杉木"花梨木和水曲柳的树干部分为样品#对其在不同升温速率下进行了热重分析和差示扫描量热法分析!将木材的热解过程分为四个阶段#分析了每个阶段的化学物理变化以及热效应的变化#研究了不同升温速率对热解过程的影响#并建立试样的热解模型#求出了其动力学参数#进而有助于着火机理"火蔓延机理"阻燃机理的研究! $木材的%&"’%&和’()联用热分析 本文采用的*+,-./0.,1223/热分析仪#是 一种可以进行,4#5,4#5./三种的联用仪器!在程控温度条件下以6789:;<#=789:;<#2789:;<的不同升温速率对花梨木"杉木"水曲柳在>=?8@67?78温度下进行动态升温实验#测量物质的物理化学性质与温度的关系#同时记录其热效应的变化! 实验采用高纯度氮气以保护炉内惰性气氛#同时能及时将木材热解产生的挥发分产物带离样品#减少由于二次反应对试样瞬时重量带来的影响!实验采取的样品是直接从锯木场采集而来#磨细筛选后在37A 下烘干=B!为降低传热和二次气固反应的影响#忽略质量扩散的因素#试样量控制在C:D内#着重对3E F: @6C2F:的小粒径试样进行反应动力学分析研究! 6G6木材热解步骤及各阶段的划分 在不同的升温速率下花梨木热重分析实验的,4" 5,4和5./曲线#见图6@图>!在给定的升温速率下#随着温度的升高#木材的热解主要经历了四个阶段! 第一阶段是从室温开始到2778#试样吸热使温度升高#对应于水分的解吸附或木材中一些蜡质成分的软化和融解H第二阶段是从2778@C278的区域内#试样发生微量的失重#同时有少量的吸热#这是其发生解聚及I玻璃化J转变现象的一个缓慢过程H第三 图$不同升温速率下花梨木的%&曲线 图K不同升温速率下花梨木的’%&曲线 图L不同升温速率下花梨木’()曲线 阶段是从C278@?778左右的阶段#该区域是样品热解的主要阶段#在该范围内木材热解生成小分子气体和大分子的可冷凝挥发分而造成明显失重#并在M>7 8左右其失重速率达到最大值#这也是热解过程中最主要的吸热阶段H最后一个区域对应于最后残留物的缓慢分解#并在此生成部分炭和灰分#在此期间出现了清晰的放热峰#笔者认为是由残留物的热解或是由于热解反应产物之间的重新结合生成新的不同产物而造成#放热峰对整个燃烧热起着关键作用!N G .O P O B Q R S T S U V S W等在研究松针的热解时#对松针热解的5./曲线作过类似解释X62Y! 图2是对应于不同升温速率下杉木的5,4曲线! 与图=花梨木的5,4曲线作比较#可以明显看出#花 梨木在6789:;<和=789:;<的加热速率下#在?778 左右有一个明显的肩状峰#而花梨木在2789:;<的情 况以及杉木在所有的加热速率下的肩状峰都不明显! 木材可看作是由半纤维素"纤维素"木质素组成#不同 的木材中各组分的含量是不一样的#具体的组分分析 数据见表6X6C Y!对于小颗粒生物质样品来说#在较低的 加热速率下#分别由于纤维素热解和半纤维素热解可 > 消防科学与技术=772年6月第=>卷第6期

工程流体力学(水力学)闻德第五章-实际流体动力学基础课后答案

工程流体力学(水力学)闻德第五章-实际流体动力学基础课后答案

工程流体力学闻德课后习题答案 第五章 实际流体动力学基础 5—1设在流场中的速度分布为u x =2ax ，u y =-2ay ，a 为实数，且a >0。试求切应力τxy 、τyx 和附加压应力p ′x 、p ′y 以及压应力p x 、p y 。 解：0y x xy yx u u x y ττμ??? ?==+= ????? 24x x u p a x μ μ?'=-=-?，24y y u p a y μμ ?'=-=?， 4x x p p p p a μ '=+=-，4y y p p p p a μ'=+=+ 5－2 设例５－1中的下平板固定不动，上平板以速度v 沿x 轴方向作等速运动（如图所示），由于上平板运动而 引起的这种流动，称柯埃梯（Couette ）流动。试求在这种流动情况下，两平板间的速度分布。 （请将d 0d p x =时的这一流动与在第一章中讨论流体粘性时的流动相比较） 解：将坐标系ox 轴移至下平板，则边界条件为 y ＝０，0X u u ==；y h =，u v =。 由例５－1中的（11）式可得 2 d (1)2d h y p y y u v h x h h μ=-- （１） 当d 0d p x =时，y u v h =，速度ｕ为直线分布，这种特殊情况的流动称简单柯埃梯流动或简单剪切 流动。它只是由于平板运动，由于流体的粘滞性

带动流体发生的流动。 当d 0d p x ≠时，即为一般的柯埃梯流动，它是由简单柯埃梯流动和泊萧叶流动叠加而成，速度分布为 (1)u y y y p v h h h =-- （２） 式 中 2d () 2d h p p v x μ=- （３） 当p ＞０时，沿着流动方向压强减小，速度在整个断面上的分布均为正值；当p ＜０时，沿流动方向压强增加，则可能在静止壁面附近产生倒流，这主要发生p ＜－１的情况． 5－3 设明渠二维均匀（层流）流动，如图所示。若忽略空气阻力，试用纳维—斯托克斯方程和连续性方程，证明过流断面上的速度分布为 2sin (2) 2x g u zh z r q m =-，单宽流量 3 sin 3gh q r q m =。